संरचना अभियांत्रिकी : इमारत, पूल, रस्ता, विमानतळ, बोगदा, धरण, उड्डाण पूल इ. बांधकामांच्या किंवा वास्तूंच्या अभिकल्पांशी (आराखडयांशी) निगडित असलेली ही स्थापत्य अभियांत्रिकीची शाखा आहे. अशा वास्तूंच्या स्थैर्याचा मुद्दा अतिशय महत्त्वाचा असून त्या बांधण्याआधीच हा मुद्दा लक्षात घेतात. कारण ही बांधकामे आकारमान व वजन या दृष्टींनी प्रचंड असतात आणि त्यांतील स्थैर्यविषयक दोषांचे परिणाम अतिशय गंभीर स्वरूपाचे असू शकतात. यातून होणाऱ्या अपघाताने मोठया प्रमाणावर वित्त व जीवित हानी होऊ शकते व गंभीर समस्यांना सामोरे जावे लागते. भूकंप, वादळे, बाँबस्फोट इत्यादींमुळे अशा वास्तूंचे खूप नुकसान झाल्याची उदाहरणे आढळतात. म्हणून या वास्तूंच्या स्थैर्यासाठी काही मूलभूत तंत्रांची आवश्यकता असते. याकरिता शास्त्रशुद्ध योजना व अभिकल्प आखून आणि बांधकामातील घटकांच्या बलांचा व स्थैर्याचा सखोल अभ्यास व विश्लेषण करून त्यांची काटेकोर कार्यवाही संरचना अभियांत्रिकीत केली जाते.

वास्तूची उपयुक्तता, तिच्यावरील खर्चाचे प्रमाण, उपलब्ध भूभागाचे क्षेत्रफळ व त्याची रचना, तंत्रज्ञानाची व कारागिरांची क्षमता या बाबींवर वास्तूची रचना व पर्यायाने स्थैर्य अवलंबून असते. वास्तूंचे विश्लेषण करताना केल्या जाणाऱ्या मूलभूत विचारात (तत्त्वज्ञानात) प्रथमत: गाहकांच्या गरजा व सोयीसुविधा यांचा विचार करावा लागतो. बांधकाम त्याच्या अपेक्षित आयुष्याच्या संपूर्ण कालखंडात योग्य प्रकारे सुस्थितीत राहील हे गृहीत धरलेले असते. या अपेक्षित कालावधीच्या आधीच बांधकाम हवे तसे राहिले नाही अथवा त्याची वाटचाल मोडकळीकडे होऊ लागली, तर त्यामागे पुढील कारणे असू शकतात. बांधकाम अपेक्षेपेक्षा कमकुवत वा कमी बलाचे असते. बांधकामावर येणारे बाह्य व अंतर्गत भार अपेक्षेपेक्षा अधिक असतात. बांधकाम किंवा योजना यांच्या घटकांत मूलभूत तांत्रिक चुका राहिलेल्या असतात. त्या दृष्टीने बांधकामासाठी वापरल्या जाणाऱ्या साहित्याविषयी व त्यावर येणाऱ्या भाराविषयी गाहकांना योग्य सूचना देणे गरजेचे असते.

ताण, संपीडन (दाबले जाणे), कर्तन, परिपीडन (पिळवटले जाणे), आघात व कंपन या प्रेरणा बांधकामावर परिणाम करीत असतात. या प्रेरणा कार्यान्वित होण्यासाठी निरनिराळी बाह्य व अंतस्थ कारणे असतात आणि त्यांचा संयुक्त परिणाम वास्तूवर होतो. या कारणांना तोंड देत वास्तूला आपले स्थैर्य टिकवून ठेवावे लागते. निश्चल व चल भार, पाण्याचा दाब, भूस्तराचा (जमिनीचा) दाब, वाऱ्याचा दाब व भार, सततचा दोलन भार या बाह्य व अंतस्थ घटकांमुळे वास्तूवर प्रेरणा दिल्या जातात. या सर्वांच्या वास्तूवर होणाऱ्या परिणामाचे मापन करून त्याला विरोध करण्यासाठी आवश्यक असलेली वास्तूची क्षमता संरचना अभियांत्रिकीत विचारात घ्यावी लागते. याकरिता अभिकल्पन पद्धतींत खालील प्रेरणांच्या घटकांचा सांगोपांग विचार केला जातो. ताण (वा दाब) निर्मिती, अंतस्थ आकुंचन वा प्रसरण, आकारमानातील बदल (विरूपण) व निपात (ढासळण्याचा) बिंदू ताणांचे विश्लेषण, वास्तुविश्लेषण, वास्तुसाहित्याचे विश्लेषण इ. अनेक पद्धतींनी या प्रेरणांचे विश्लेषण करतात. यांमध्ये लवचिक व अलवचिक (ताठर) अशी दोन अभिकल्पन तंत्रे आहेत. नव्याने वापरात आलेल्या आकार्य (प्लॅस्टिक) अभिकल्पन तंत्रात वास्तुसाहित्याचा जास्तीत जास्त कार्यक्षमतेने वापर करण्यावर भर दिला जातो.

स्थापत्य अभियांत्रिकीत अभ्यासाच्या दृष्टीने वास्तूंचे सिमेंट काँकिटे, पोलादी व संमिश्र हे प्रकार केले जातात व त्याच वेळी भूस्तरीय घटक व त्यांवरील परिणाम यांचा अभ्यासही केला जातो. गणितीय पद्धतीने ताणनिर्मिती मापन करणे, ताणनिर्मिती व त्यामुळे होणारे बदल प्रतिकृतींच्या रूपात अभ्यासणे, वास्तूतील निरनिराळ्या आकारमानाचा व स्थित्यंतरांचा संगण-काच्या मदतीने अभ्यास करणे या विश्लेषणाच्या सामान्य पद्धती प्रचलित आहेत. विशेषत: अतिशय प्रचंड व गुंतागुंतीच्या वास्तूचा सर्वांगीण अभ्यास संगणकाशिवाय करणे जवळजवळ अशक्य आहे. संगणकाव्दारे असा अभ्यास करताना आव्यूह (मॅट्रिक्स) बीजगणित, संख्यात्मक विश्लेषण व संच (सेट) गणित पद्धती फार उपयोगी पडतात. त्यांचा संगणकीय भाषेत (Fortran IV) अभ्यास आवश्यक असतो.

स्तंभ (खांब), तुळया, सपाट पृष्ठभाग (उदा., लादी), सांधे व जोड आणि आघात होणारे भाग या मूलभूत भागांचा अभ्यास वास्तूच्या विश्लेषणासाठी करतात. या भागांचे विश्लेषण गणितीय वा संगणकीय पद्धतीने करतात.

आ. १. संगणकाव्दारे केल्या जाणाऱ्या वास्तूच्या मूलभूत भागांच्या

विश्लेषणाची क्रमवार रूपरेषा .

या सर्व विश्लेषणातील त्रूटी व अपेक्षेपेक्षा जास्त होणाऱ्या प्रेरणा, दाब व त्यांच्या प्रतिक्रिया सहन करण्यासाठी प्रत्येक घटकाच्या आयोजनात सुरक्षा गुणक जमेस धरला जातो. खालील सूत्राने सुरक्षा गुणांक काढतात.

अत्युच्च दाब किंवा भार

सुरक्षा गुणांक = —————————————————-

सर्वसामान्य दाब किंवा भार

निरनिराळ्या वास्तुसाहित्याच्या प्रकारांचे व प्रेरणांचे सुरक्षा गुणांक पुढीलप्रमाणे गृहीत धरले जातात : पोलादी बांधकाम (१.१५), सिमेंट काँक्रीट बांधकाम (१.५), लाकडी बांधकाम (२.५), निश्चल भार (१.६), आघात (२.५), कंपन (२.००) व हवेचा दाब (१.२५).

कंपन हा वास्तूवरील प्रेरणांपैकी एक महत्त्वाचा घटक आहे. कंपनांकडे बऱ्याचदा दुर्लक्ष केले जाते व त्याच्या दुष्परिणामांचे योग्य मूल्यमापन होत नाही. पुष्कळदा कंपनांमुळे वास्तूमध्ये भंग व तडे निर्माण होतात परंतु ते इतर कारणांमुळे असल्याचे वाटते. भूकंपाची कंपने, अवजड वाहनांच्या वाहतुकीमुळे निर्माण होणारी कंपने, सुरूंगाच्या स्फोटांमुळे उद्भव-णारी कंपने, विमानाचा वेग व आवाज यांमुळे निर्माण होणारी कंपने, रेल्वे वाहतुकीमुळे होणारी कंपने यांचा बांधकामांवर होणाऱ्या परिणामांचा संयुक्तपणे विचार करतात आणि त्यांच्या परिणामांना तोंड देण्यासाठी बांध-कामाला योग्य अशी बळकटी (बल) देण्याची खबरदारी घेणे आवश्यक असते. पूर्वीच्या काळी बांधकामास इतक्या प्रचंड प्रमाणावर कंपने सहन करावी लागत नसत मात्र आधुनिक काळात त्यांचा विचार करणे गरजेचे झाले आहे.

कंपनांचे दोन प्रकार असून अंतर्गत (मुक्त) कंपने बांधकामात बाह्य आवे-गाने (आघाताने) वा तात्पुरत्या प्रेरणेने निर्माण होतात व ती क्षणिक असतात. बाह्य कारणांनी निर्माण होणारी प्रेरित कंपने दीर्घस्वरूपी असतात. उदा., फिरणाऱ्या यंत्रामुळे वा संपीडकामुळे निर्माण होणारी कंपने. या कंपनांना प्रतिसाद देण्यासाठी काँक्रीटमध्ये जादा गज टाकणे, पोलादी घटकांची जाडी वाढविणे, उच्च तनन बल असलेले पोलाद वापरणे इ. उपाय योजतात.

ताण प्रतिबल, संपीडन प्रतिबल व कर्तन प्रतिबल या प्रकारची निरनिराळी प्रतिबले बांधकाम वास्तूवर निर्माण होतात. ती आकृतीत स्पष्ट केली आहेत.

आ. २. बांधकाम वास्तूवर निर्माण होणारी प्रतिबले : (अ) ताण प्रतिबल : (XX१) प्रतिबल विरोधक तंतू (आ) संपीडन प्रतिबल : (XX१) दलनरोधी तंतू (इ१) कर्तन प्रतिबल लावण्यापूर्वीची तुळई (इ२) कर्तन प्रतिबल लावल्यानंतरची तुळई. (आकृतीत दाब बाणांनी दर्शविला असून बाणां-शेजारील आकडे किलोन्यूटन या एककात दाब दर्शवितात).

या सर्व प्रतिबल विश्लेषणासाठी काही प्रायोगिक पद्धती वापरतात. एखादया भागात निर्माण होणारी प्रतिविकृती ही त्यावरील सर्व प्रति-बलांचा संयुक्त परिणाम असते. उपकरणांच्या साहाय्याने या प्रतिविकृतीचा अभ्यास व उचित मोजमाप केल्यास आपोआपच प्रतिबलांचा अभ्यास व विश्लेषण होते. याकरिता यांत्रिक, प्रकाशकीय व विदयुत् प्रकारांची प्रतिविकृति-मापके वापरतात. या उपकरणांनी प्रतिविकृतीचा झटपट अभ्यास करता येतो. अशा इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांच्या मदतीने अत्यंत सूक्ष्म बदल व फरक अचूकपणे कळतात. तसेच निरनिराळ्या भारां-मुळे होणारे बदल क्षणात बघता येतात. प्रतिकृतिमापकांमुळे प्रतिविकृतिमापन व बांधकामावरील परिणाम यांचा सखोल व अचूक अभ्यास करता येतो आणि त्यानुसार बांधकामाची संरचना बदलता येते.

थोडक्यात कोणत्याही बांधकामाचा (वास्तूचा) संरचना अभि- यांत्रिकीच्या दृष्टीने सूक्ष्म अभ्यास व विश्लेषण करणे अत्यंत गरजेचे असते. बांधकामावर पडणाऱ्या निरनिराळ्या प्रेरणा, त्यांचे परिणाम, बांधकाम साहित्याचे गुणधर्म व ते वापरण्याची योजना या अभ्यासावरून निश्चित करता येते. अशा अभ्यासामुळे बांधकामाला बल, गुणवत्ता व योग्य आयुष्य (टिकून राहण्याची क्षमता) प्राप्त होते. तसेच बांधकाम गाहकांच्या गरजेनुसार अत्युच्च दर्जाचे होते.

पहा : पदार्थांचे बल पाया बांधकाम, पोलादाचे बांधकाम : संरचना सिद्धांत व अभिकल्प राष्ट्रीय प्रयोगशाळा.

संदर्भ : 1. Clark, D. Computer Aided Structural Design, New York, 1978.

2. Gaylord, E. H. Gaylord, C. N., Eds., Handbook of Structural Engineering, New York, 1968.

3. Litton, E. Automatic Computational Techniques in Civil and Structural Engineering, London, 1973.

4. Weaver, W. Computer Programms for Structural Engineering, Princeton, 1967.

5. Willem, N. Lucas, W. M. Structural Analysis for Engineers, New York, 1978. कुलकर्णी, प्र. दि.